Железнодорожная цистерна транспортировалась в пункт назначения в течение времени т

Технические характеристики железнодорожной цистерны грузоподъемностью (модель 15-897):
- внутренний диаметр котла ;
- длина котла ;
- полезный объем цистерны .
Среднюю температуру мазута за период перевозки в первом приближении рассчитываем по формуле:
(1)
tср=60+-152=22,5  оС.
Определяем теплофизические характеристики мазута при средней температуре. Для мазута марки 40 (таблица 1.2 [1], стр. 13-15):
- плотность при стандартных условиях – ;
- кинематическая вязкость при температуре 80 оС – ;
- кинематическая вязкость при температуре 100 оС – .
Плотность мазута в зависимости от температуры находим по формуле:
(2)
где – температурная поправка, кг/(м3∙оС),
(3)
Кинематическая вязкость мазута в зависимости от его температуры рассчитывается по формуле:
(4)
(5)
где – кинематическая вязкость мазута при температурах соответственно;
– коэффициент крутизны вискограммы, оС-1,
Коэффициент теплопроводности мазута находим по формуле Крего-Смита:
(6)
Удельную массовую теплоемкость нефти определяем по формуле Крего:
(7)
Коэффициент объемного расширения мазута при температуре находим по формуле (исходя из определения):
(8)
Далее проводим расчет коэффициента теплопередачи от мазута в окружающею среду через стенку цистерны. Принимаем в первом приближении температуру внутренней поверхности стенки цистерны Проводим расчет теплофизических свойств мазута при данной температуре:
- плотности:
- кинематической вязкости:
- коэффициента теплопроводности:
- удельной массовой теплоемкости:
Определяем значения параметров Грасгофа и Прандтля для средней температуры мазута по формулам:
(9)
где – ускорение свободного падения, ,
(10)
Рассчитываем параметр Прандтля для температуры стенки , то есть:
(11)
Коэффициент теплоотдачи через конвекцию от мазута до стенок цистерны определяем по формуле:
(12)
Далее проводим расчет теплофизических свойств воздуха при температуре воздуха:
- кинематической вязкости:
(13)
- коэффициента теплопроводности:
(14)
Находим расчетную скорость воздуха при движении цистерны:
(15)
Vвоз=1,6+45⋅10003600=13,27 мс.
Определяем значение числа Рейнольдса при движении цистерны и обдувании ее ветром:
(16)
Коэффициент теплоотдачи от цистерны в окружающею среду при наличии ветра определяем по формуле:
(17)
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи излучением от стенки цистерны в воздух:
(18)
где – степень черноты поверхности, принимаем как для новой алюминиевой краски, которой покрашены стенки цистерны, ;
– постоянная Планка, ,
Принимаем среднюю толщину листов стенок (корпуса) цистерны и коэффициент теплопроводности стали, из которой сделана цистерна . Определяем коэффициент теплопередачи через стенку цистерны по формуле:
(19)
Рассчитываем температуру стенки во втором приближении:
(20)
Поскольку разница температур стенки цистерны во втором и первом приближении:
то дальнейшие приближения для температуры стенки цистерны не выполняем.
Далее находим массу мазута в цистерне и площадь полной поверхности теплообмена:
(21)
(22)
Определяем температуру мазута в цистерне после времени перевозки в пункт назначения в первом приближении:
(23)
где – безразмерный параметр Шухова,
(24)
Рассчитываем среднюю температуру мазута в цистерне за время перевозки во втором приближении:
(25)
t'cp=-15+60--15⋅1-exp-4,6134,613=4,449 оС.
Поскольку разница средних температур мазута в цистерне за время перевозки во втором и первом приближении:
то принимаем , и проводим дальнейшие приближения, начиная с формулы (2) до тех пор, пока абсолютная разница средних температур мазута в цистерне после заданного времени перевозки в последующем и предыдущим приближении будет меньше .
В результате выполненных итераций получены такие значения параметров:
- температура мазута перед разогревом ;
- средняя температура мазута за период хранения ;
- температура внутренней поверхности стенки цистерны ;
- плотность мазута при средней температуре ;
- теплоемкость мазута при средней температуре ;
- масса мазута в цистерне ;
- полный коэффициент теплопередачи .
Далее проводим расчет необходимого теплового потока для подогрева заданной массы мазута от начальной до конечной температуры, который слагается из:
- теплового потока, идущего на подогрев всей массы мазута:
(26)
- теплового потока, который теряется в окружающею среду:
(27)
(28)
Принимаем температуру внешней поверхности теплообменника в первом приближении